化学工程基础第5章 课后答案【khdaw_lxywyl】.pdf

第六章第六章 精精 馏馏 1 正戊烷 和正已烷 的溶液可以认为是理想溶液 已 知两个纯组分的饱和蒸气压 毫米汞柱 和温度 C 的关系如下 C1 36Ta o C 7 68Tb o 正戊烷 0 232t 1065 852 6plg 1 正已烷 4 224t 1172 878 6plg 2 试计算该二组分溶液的气液相平衡关系 用 y x 函数关系 或 y x 相图表示 解 二组分沸点的平均值 4 52 2 7 681 36 t C 在 52 4 C 时 lg 6 852 1 p 0 2324 52 1065 3 107 1279 4mm Hg 1 p lg 6 878 2 p644 2 4 2244 52 1172 P2 440 6 mm Hg 12 904 2 6 440 4 1279 P P 2 1 y x x x x 904 11 904 2 1 1 12 12 2 在常压连续精馏塔中分离某两组分理想溶液 原料液流量为 100kmol h 组成为 0 3 易挥发组分的摩尔分率 下同 泡点进料 馏出液组成为 0 95 釜残液组成为 0 05 操 作回流比为 3 5 试求 1 塔顶和塔底产品流量 kmol h 2 精馏段与提馏段的上升蒸气流量和下降液体流量 kmol h 解 1 求塔顶和塔底的产品流量qn D和qn W WW ndD nfF nWdf D nD nF n xqxqxq WxDxFx qqq WDF 05 095 0 05 030 0 100 XX xx q q Wd WfF n D n 27 78 h Kmol w w w k h d a w c o m 课后答案网 w 100 27 78 72 22kmolh 1 2 求精馏段与提馏段的上升蒸气流量和下降液体流量qn V qn L和qn V qn L 精馏段 5 3 q q R D n L n 78 275 3q5 3L D n h Kmol 23 97 D nL nV n qqq 78 2723 97q V n 01 125 h Kmol 提馏段 因系泡点进料 1 由qn L qn L qn F qn L qn F h Kmol 23 19210023 92 L 由V qn V q n V 1 qn F qn V q n V 125 01 h Kmol 3 有一个甲醇精馏塔 采用连续精馏 常压操作 进料的组成为 84 摩尔百分数 下同 的甲醇 16 水 处理量为 235hkmol 要求塔顶馏份含甲醇 98 塔釜采出的水 中含甲醇小于 0 2 试计算 该塔塔顶 塔釜采出量每小时各为多少 若操作取回 流比 沸点加料 该塔精馏段 提馏段的回流液量和上升蒸气量各是多少 解 qn Fx5 qn DxA qn F qn D xw 235 002 0 q235 98 0q84 0 D nD n 4 201q D n h Kmol qn F qn D qn W h Kmol 6 334 201235qqq D nF nW n w w w k h d a w c o m 课后答案网 4 在常压连续精馏塔中 分离甲醇 水溶液 已知进料的泡点温度为 75 3 o C 操作条件 下甲醇和水的气化潜热分别为 1055kj kg 和 2320Kj kg 甲醇和水的比定压热容分别为 2 68kj kg K 和 4 19KJ kg K 若原料液组成为 0 4 甲醇的摩尔分数 温度为 试求进料热状态参数 30C 解 气化潜热原料液的 要的热量进料变为饱和蒸气所需将 kmol kmol1 IIv II l fv m mfspm r r tt C 式中 原料液的平均气化潜热 1823206 03210554 0rm mol J 38560 原料液在操作条件下的平均比热 1819 46 03268 24 0Cmp C Kmol kj 556 79 1 38560 303 75 556 79 1 093 5 在某一连续精馏塔中 已知进料中轻组分含量为 0 500 摩尔分数 下同 塔顶采 出为 0 900 的轻组分 塔釜含轻组分不大于 0 100 试分别绘出 3 0 8 1 0 和 1 2 时全塔的操作线 解 1 在 y x 图的对角线上定出点 a 点 f 和点 C 三点 d x d x f x f x w x w x 2 作精馏段操作线 精馏段操作线截距 225 0 13 900 0 1 R xd 据此 在 y 轴 上取 Ob 0 225 联 a b 即得精馏段操作线 3 作 线 据不同的 值 计算不同 线的斜率 并据此斜率作不同的 线 0 8 线斜率 4 2 0 8 0 18 0 8 0 1 1 0 线斜率 11 1 1 w w w k h d a w c o m 课后答案网 1 2 线斜率 6 2 0 2 1 12 1 2 1 1 过点分别作斜率为 4 和 6 的直线与 ab 线交于 d d 和 d 三点 fd fd 和 fd 即为三 种不同 f 值下的 线 4 作提馏段操作线 联 cd cd 和 cd 即为三种不同进料状态下的提馏段操作线 6 有一个轻组分含量为 0 400 摩尔分数 下同 平均相对挥发度为 1 50 的理想二组 分溶液 经过精馏 要求塔顶组成为 0 950 若是冷液进料 1 20 试求该精馏过程的 最小回流比 解 求 线与平衡线交点坐标 yx 平衡线方程 x x x x y 150 11 50 1 11 线方程 4 0 120 1 1 120 1 20 1 1 1 1 xxxy f 联立上二式解待 x 0 420 y 0 520 最小回流比 30 4 420 0520 0 520 0950 0 xy yx R d m w w w k h d a w c o m 课后答案网 7 对二甲苯和间二甲苯二组分溶液中 对二甲苯的含量是 30 0 摩尔分数 下同 采用连续精馏的方法将其分离 要求塔顶得到对二甲苯大于 90 0 的馏分 塔釜中对二甲苯 小于 20 0 摩尔 混合液泡点进料 操作回流比为最小回流比的 1 8 倍 相对挥发度为 1 019 求此精馏塔所需要的理论塔板数是多少 若使用板效率为 8 0 的塔板 该塔需要多 少块实际塔板 解 此题用图解法有困难 故用简捷法确定论塔板数 1 芬斯克方程求全回流时的理论塔板数 min N 1 lg x x x x lg N AB w BA dBA min 1851 019 1lg 800 0 200 0 100 0 900 0 lg 求最小回流比Rm 泡点进料时 1 题中所给对二甲苯含量 30 0 mol 即 f x 300 0019 01 300 0019 1 x11 x y fAB fAB f 304 0 149 300 0 304 0 304 0 900 0 xy yx R ff fd m 4 用吉利兰图求理论塔板数 N T 2681498 1R8 1R m 442 0 269 149268 1R RR m 查图解 28 0 1N NN min 28 0 1N 185N 0 28N 0 28 N 185 求得 N 257 5 求实际塔板数Np 80 N N P T 块321 80 0 257N N T p w w w k h d a w c o m 课后答案网 8 在连续精馏塔中 已知精馏段操作线方程和 线方程分别为 21 075 0 xy a 66 05 0 xy b 试求 1 进料热状态参数 2 原料液组成 F x 3 精馏段操作线方程和提馏段操作线的交点坐标和 x y 解 1 求进料状态参数 66 0 x5 0 x 1 1 x 1 y f 5 0 1 3 1 2 求原料液组成xf 66 0 x5 0 x 1 1 x 1 y f 66 0 x 1 1 f 66 066 0 xf 即 3 1 66 0 66 0 xf 44 0 3 求精馏段操作线与 线交点坐标和 x y 66 0 x5 021 0 x75 0 45 0 x25 1 36 0 x 66 036 05 066 0 x5 0y 48 0y w w w k h d a w c o m 课后答案网 9 在连续精馏塔中分离两组分理想溶液 原料液组成为 0 35 易挥发组分的摩尔分数 下同 馏出液组成为 0 9 物系的平均相对挥发度为 2 0 回流比为最小操作回流比的 1 4 倍 试求以下两种进料情况下的操作回流比 1 饱和液体进料 2 饱和蒸气进料 解 1 饱和液体进料 由平衡线方程 f f f x11 x y 52 0 35 010 21 35 00 2 1 24 2 35 052 0 52 090 0 Xy yx R ff fd m m R4 1R 14 324 24 1R 2 饱和蒸气进料 0 求平衡线与 线交点 由平衡线方程 y x1 x2 x11 x 由 线方程 035 1 1 x 1 0 x 1 1 x 1 f y 35 0 联立二式解得 0 21 x 35 0 y 93 3 21 035 0 35 090 0 xy yx Rm d Rm4 1R 5 593 34 1R w w w k h d a w c o m 课后答案网 10 在连续精馏塔中分离两组分理想溶液 塔顶采用全凝器 实验测得塔顶第一层塔 板的单板效率6 0 1 mL E 物系的平均相对挥发度为 3 0 精馏段操作线方程为 试根据离开第一层板的实验液相组成计算下一层塔板的上升蒸气组成 15 0833 0 xy 2 y 解 由精馏段操作线方程的斜率可保R 5 再由精馏段操作线截距可得xd 0 90 根据汽液相平衡关系 1 1 1 11x x y 即 1 1 21 3 90 0 x x 得 75 0 x1 6 0 75 090 0 90 0 E 1 1d 1d ml x xx xx 已知 81 0 1 x 因 x1与 y 是操作关系 所以由精馏段操作线方程 2 15 0833 0 xy 即可求得离开第二层塔板的上升蒸汽组成 2 y 15 0833 0y 12 x 15 081 0833 0 825 0 11 在常压连续精馏塔中分离苯 甲苯混合液 原料液组成为 0 44 苯的摩尔分率 下 同 气 液混合物时料 其中液化率为 1 3 若馏出液组成为 0 975 釜液组成为 0 0235 回 流比为 3 5 试求理论板数和适宜的进料位置 气液平衡数据见附表 附表 Ct 80 1 85 90 95 100 105 110 6 x 1 000 0 780 0 581 0 412 0 258 0 130 0 00 y 1 000 0 900 0 777 0 633 0 456 0 262 0 00 解 用图解法求取理论塔板数和适宜进料位置 1 用附表所给气液平衡数据在xy 图上画平衡线及对角线 并根据值 在 wfd xxx x轴上作垂线分别交对角线于三点 cfa 2 作精馏段操作线 截距217 0 15 3 975 0 1R xd 在y轴上取 Ob 0 217 联即得精馏段操作线 ab w w w k h d a w c o m 课后答案网 3 作 线 已知进料为液化率为 3 1 的气液混合物 由定义可知 3 1 线斜率5 0 3 2 3 1 1 过 f 点作斜率为 0 5 的直线即 线 交精馏段操作线于 d 点 4 作提馏段操作线 联 cd 即提馏段操作线 5 自 a 点起 在平衡线和两操作线之间画梯级至 w xx 为止 所得梯级数即为理论 塔板数 包括塔釜 跨越 线的梯级即为适宜的进料位置 块 包括塔釜 14N T 第八块理论板为适宜进料板 12 在常压连续精馏塔中 分离习题 11 中的苯 甲苯混合物 原料液流量为 全塔操作平均温度可取为 空塔气速为板间距为全塔效率为 50 试求 hkmol 100 C 90 8 0sm 35 0m 1 塔径 2 塔的有效高度 提示 当精馏段 提馏段内的上升蒸气流量不相对时 两段塔径也不相同 但若两者 相差不大时 为了使塔的结构简化 设计时通常选蒸气流量较大者进行计算 解 WW ndD nfF n D nD nF n xqxqxq qqq 0235 0975 0 0235 044 0100 xx xx q q Wd WfF n D n hkmol77 43 w w w k h d a w c o m 课后答案网 1 求精馏段上升蒸气量qn V D nD nL nV n q 1R qqq 77 43 15 3 q V n h kmol965 196 2 求提馏段上升蒸气量q n V 因系气液混合进料 且 3 1 由 qn V q n V 1 qn F q n V qn V 1 qn F h kmol289 130 100